基于DOK理論的物理跨學科深度學習探索

摘" "要：隨著跨學科主題學習活動的興起，如何有效開展跨學科實踐活動受到廣泛關注。當前跨學科學習存在教學目標不明確、學科整合表面化等問題。應用DOK理論為工具開展跨學科的深度學習，能夠明晰教學目標，優化教學活動，有助于深化學生對知識的理解和應用。以“眼睛和眼鏡”為例，介紹基于DOK理論開展跨學科深度學習的設計思路和教學過程，為有效開展跨學科主題學習活動提供指引。

關鍵詞：DOK理論；跨學科；深度學習；眼睛和眼鏡

在最新修訂的《義務教育物理課程標準（2022版）》中增加了一級主題課程內容“跨學科實踐”，包括物理學與日常生活、工程實踐以及社會發展三個方面[ 1 ]。選擇合適的教學主題開展跨學科教學能夠幫助學生從多學科的視角，運用多學科的知識來解決問題，以培養其綜合解決實際問題的能力。但當前跨學科學習存在著學習目標不明確，跨學科學習浮于表層，評價體系不完善的現實困境，開展深度的跨學科學習有助于加深學生對知識的理解和應用。深度學習強調學生主動建構知識，對新舊知識建立聯系，將所學知識遷移運用到新情境并做出決策[ 2 ]。應用DOK理論（Depth Of Knowledge，以下簡稱為DOK）作為開展深度學習的工具，依據理論的4個層級設計教學活動，能夠有效促進學生科學思維的發展[ 3 ]。本文以“眼睛和眼鏡”為例，通過不同認知層次學習活動的設計與實施，推動學生的深度學習和積極參與，掌握跨學科的知識和技能。

1" 基于DOK理論開展跨學科深度學習的整體思路

深度學習是指在教師的引領下，學生圍繞具有挑戰性且基于真實問題的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程[ 4 ]。DOK理論可以作為開展深度學習的工具，通過不同等級活動和任務的設計，促進學生的深度學習。美國教育評價專家韋伯提出“知識深度（Depth Of Knowledge）”理論，簡稱DOK理論。該理論將認知水平劃分為回憶和重現、技能和概念、策略性思維以及拓展性思維四個層級，各層級所需的認知水平如表1所示。其中前兩層級屬于淺層學習，后兩層屬于深層學習，從簡單的回憶和運用知識到復雜的策略性思考和拓展性思考，能夠有效促進學生高階思維的發展。

深度學習中新舊知識關聯、遷移應用、深度理解、高階思維等涉及的“深”需要跨學科的“跨”來實現。跨學科學習作為一種運用多學科知識對主題研究問題進行持續探究，最后解決問題的學習方式，是促進深度學習真實發生的有效方式。DOK理論重視學習活動的設計與實施，與跨學科實踐活動在多個方面相契合。

第一，知識融合的一致性。DOK理論鼓勵教師設計整合不同學科知識和技能的學習任務，這與跨學科學習的目標相契合，即打破傳統學科界限，促進學生對知識形成綜合性理解，培養創新思維。

第二，能力發展的一致性。DOK理論強調通過不同層級的認知活動來培養學生的深度理解和高階思維能力，這與跨學科學習中對學生綜合運用多學科知識解決實際問題的能力培養是一致的。

第三，活動設計的一致性。跨學科實踐活動重視通過活動培養學生解決實際問題的能力，DOK理論為教學任務和活動設計提供框架，教師可以根據DOK的不同層級設計跨學科的學習任務，促進學生在跨學科活動中深度參與和學習。DOK理論中尤其是第三層級和第四層級的活動任務，強調學生運用跨學科知識解決現實生活中的問題。

基于DOK理論開展跨學科實踐活動的設計思路包括選定主題、確立教學目標、提出驅動性問題、設計教學活動以及評估教學效果五部分組成。首先選定主題，主題要具有足夠的深度和復雜性，可以基于真實情境確立，結合不同學科課標要求以及DOK理論，明確知識的深度和廣度，設置驅動性的問題和任務，完成深度學習。設計流程具體如圖1所示。

2" 基于DOK理論的跨學科深度學習教學案例——“眼睛和眼鏡”

基于DOK理論，圍繞“眼睛和眼鏡”的主題開展跨學科學習，具體的設計思路與教學過程如下。

2.1" 設計思路

人教版物理八年級上冊中 “眼睛和眼鏡”與七年級下冊生物課程體系中的“眼和視覺”在內容上高度契合。學生在七年級的生物課上已經學習并掌握了眼球的結構、科學用眼習慣等知識，在本節課之前掌握了透鏡以及凸透鏡成像規律的物理知識，但對于從物理學視角進一步理解視物原理、近視眼和遠視眼的成因及矯正等問題上還存在一定困難。同時，學生具有一定的觀察能力、動手實踐能力和思維分析能力，但充分調動多學科知識，運用多學科知識解決問題的能力欠佳。

因此本節課基于DOK理論，確立教學目標，設置驅動性問題和任務開展跨學科教學，共劃分為四個教學環節，每個教學環節對應的DOK層級水平和學習目標如表2所示。

在開展跨學科學習活動時，教師應充分調動和運用學生的前置生物學知識，并將其有效結合，圍繞“眼睛和眼鏡”主題提出的驅動性問題及各學習環節涵蓋的學科知識如表3 所示。

2.2" 教學過程

根據教學目標和提出的驅動性問題，借助虛擬實驗平臺和小組實驗開展跨學科的教學活動，促進學生對主題內容形成完整的認知，加強對知識的應用。教學過程共分為以下五部分，具體如下。

2.2.1創設情境，生活走向物理

為了使學生形成更完整的知識體系，應當將知識進行整合，首先要還原知識的豐富情境，知識從哪里來，深度學習的起點就應該從哪里開始[ 5 ]。本案例以生活中近視眼和遠視眼患者的生活經驗引入，引導學生深入了解其中原理。

教學片段1：眼睛是心靈的窗戶。眼睛是人類感官中最重要的器官之一，我們接收外界的信息，主要來自眼睛。那你知道眼睛是怎樣讓我們看見物體的嗎？現在很多同學都因近視戴上了眼鏡，這些眼鏡是凹透鏡還是凸透鏡，近視眼患者眼中的世界與正常人眼中的世界有何不同，為什么佩戴眼鏡能夠矯正視力？

設計意圖：由真實情境引導學生思考，提出驅動性問題，激發學生的學習興趣，促進深度學習的開展。

2.2.2溫故知新，促進知識遷移

深度學習強調新舊知識建立聯系。教師要充分調動學生的前置知識，促進知識的遷移與應用。要使學生能夠結合生物學知識從跨學科視角認識眼球的結構，并能初步從已學的透鏡知識建立關于眼球的物理模型。

教學片段2：教師結合眼球實物模型以及NOBOOK虛擬實驗平臺中的資源，引導學生梳理眼球結構及其各部分功能，從跨學科的視角分析視覺的形成過程。

設計意圖：本環節對應的是DOK1和DOK2層級。通過借助現代化信息手段，回憶前置知識，并將物理學與生物學的知識緊密結合，使學生對已有認知結構重新加工，實現學科知識的正向遷移。

2.2.3合作探究，明晰視物原理

小組合作探究是教學中一種高效的學習方式，能夠激發學生的積極參與并促進深度學習。在合作中，學生相互啟發，共同構建知識，能夠培養學生的科學探究能力和批判性思維，深化其對知識的理解與應用。

教學片段3：實驗探究視物原理

活動1：分析眼球模型，探究眼睛是如何看清遠近位置不同的物體的？引導學生結合生物學原理分析人眼觀看遠近不同物體時晶狀體的焦距變化。

活動2：應用水透鏡開展實驗，探究晶狀體的焦距與其厚度的關系，通過增加和減少水透鏡中水的含量來模擬晶狀體的薄厚變化，通過平行光測焦距法探究晶狀體的焦距與其厚度的關系。學生總結歸納當人眼看遠近不同的物體時，其睫狀體的狀態、晶狀體的薄厚以及焦距的大小關系。如表4所示。

設計意圖：本環節對應的是DOK2和DOK3層級。在DOK2層級，學生通過理解并應用生物學的概念，理解眼睛的構造，分析和解釋視物原理。在DOK3層級，學生通過實驗操作和實驗結論分析，運用策略性思維，推理出晶狀體厚度與焦距之間的關系，進一步加深對眼睛視物原理的理解。

2.2.4模型建構，深化內容理解

利用信息技術，能夠激發學生學習的積極性，促進高階思維能力的發展。本案例應用實物模擬與信息技術模擬相融合的方式，促進學生對近視眼、遠視眼的成因及矯正的理解。

教學片段4：學生以小組為單位應用水透鏡及NOBOOK虛擬實驗平臺進行實驗，模擬近視眼、遠視眼的成因及矯正過程。

活動1：通過水透鏡探究近視眼和遠視眼的成因及矯正

學生以小組為單位進行實驗，將蠟燭、水透鏡和光屏依次擺在光具座上。實驗裝置如圖2所示。將蠟燭放在離水透鏡較遠的位置，通過移動光屏使屏上出現清晰的像。用注射器在水透鏡中加適量水，光屏上的像變模糊，通過移動光屏，找到像所在的位置。再將光屏移到原來的位置，選擇透鏡，使光屏上呈現出清晰的像。同理，從水透鏡中往外抽取適量水，重復上述步驟，實驗過程中教師組織學生觀察并記錄實驗信息。

活動2：通過NOBOOK平臺模擬近視眼和遠視眼的成因及矯正

通過NOBOOK平臺內置的光學器件模擬構建正常眼的眼球成像模型，通過調節晶狀體的薄厚程度模擬演示近視眼、遠視眼的眼球，結合透鏡對光的作用模擬演示近視眼、遠視眼的矯正過程，其中使用凹透鏡模擬近視眼的矯正如圖3所示。在學生對眼睛和眼鏡的知識有了較為系統的把握之后，引導學生了解眼鏡的度數。

設計意圖：本環節對應的是DOK3和DOK1層級。學生通過實驗操作，理解眼睛成像的原理和近視、遠視的成因，并通過策略性思考，選擇合適的透鏡進行視力矯正屬于DOK3層級；了解眼鏡的度數屬于DOK1層級。

2.2.5應用知識，豐富知識體系

深度學習強調對知識的完整建構，因此要引領學生對所學內容進行總結和反思，在課后還可以利用拓展作業，補充一定的社會資源，使學習更加貼近現代社會生活。同時，跨學科實踐活動鼓勵學生適當物化成果。在本案例中，課后讓學生調查班級同學視力情況以及查閱當前科技前沿的視力矯正技術，培養學生正確的生命健康觀念。

作業一：調查班上同學的視力狀況和用眼習慣，查閱資料，了解保護視力的方法，對用眼衛生等提出合理的建議。

設計意圖：本環節對應的是DOK3層級，使學生認識到保護視力的重要性，在日常生活中要養成良好的用眼衛生習慣，培養學生形成正確的健康理念。同時也培養學生思考如何開展調查，初步運用調查的基本步驟，以及撰寫調查報告的能力。

作業二：科技前沿——了解視力矯正技術及原理

隨著醫學技術的不斷發展和提高，矯正視力的方式也越來越多。請同學們課后查閱相關資料，梳理視力矯正技術的方式及其原理形成調研報告。

設計意圖：本環節對應的是DOK4層級，通過查閱資料，使學生了解科技對人類生活的影響，通過信息技術豐富學生認知。

3" 總結

在本案例中，應用DOK理論開展跨學科的深度學習，有助于學生對“眼睛和眼鏡”主題內容的深化理解，通過從基礎概念的掌握到復雜問題的解決，學生能夠更加全面地認識眼睛的結構、功能以及視力問題的成因和矯正方法，增強了學生對學科知識的理解以及運用多學科知識解決實際問題的能力。同時，在應用DOK理論開展教學活動時，并不是必須要從DOK1層級到DOK4層級進行，DOK理論提供的是一個框架，用以區分不同類型的認知要求和學習深度，教學活動的設計應基于實際的教學目標、學生的需求以及具體的教學內容進行靈活調整。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部. 義務教育物理課程標準（2022年版）[S]. 北京： 北京師范大學出版社， 2022： 33-38.

［2］ 潘丹丹， 郭秋潔， 林心如，等. 指向高階思維培養的深度學習教學探究：以“杠桿的平衡條件”為例[J]. 中學理科園地， 2024， 20（3）： 14-17.

［3］ 陳瑩， 楊曉梅. DOK理論融入物理教學 促進初中生科學思維發展[J]. 中學物理， 2022，40（6）： 17-19.

［4］ 郭華. 深度學習及其意義[J]. 課程·教材·教法， 2016， 36（11）： 25-32.

［5］ 曹培杰. 智慧教育： 人工智能時代的教育變革[J]. 教育研究， 2018， 39（8）：121-128.